Nonadiabatic quantum dynamics of tribovoltaic effects at sliding metal-semiconductor interfaces
最近的实验观察到电流产生在滑动的金属-半导体界面。在这里，我们提出了一个详细的理论研究如何在这样的滑动界面上产生电压。我们的研究是基于一个两带Anderson-Holstein模型，并使用表面跳跃方法求解耦合的电子-声子动力学。我们发现，在界面处的机械运动引起的高的局部温度可以导致电子-空穴对通过电子-声子耦合产生。我们量化的电子空穴产生的效率，以及作为局部温度和半导体带隙的函数的电压。我们发现，提高局部温度可以导致更高的电子空穴产生和电压。此外，我们发现，有一个营业额的电压作为带隙的函数。这种观察与实验结果是一致的。我们的研究提供了一个理论框架，从量子力学的角度来理解摩擦伏打效应，我们的方法可以用来定量模拟现实的滑动金属-半导体结。
2021-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interlayer Sliding-Induced Intralayer Ferroelectric Switching in Bilayer Group-IV Monochalcogenides
具有铁电性质的二维材料打破了传统铁电材料的尺寸效应，在小尺度上开启了铁电相关应用的前所未有的潜力。本文利用密度泛函理论（DFT）计算了一组第IV族单硫族化合物（MX，M = Ge，Sn，X = S，Se）的摩擦铁电行为。当层间在平面内单位单元长度上滑动时，顶层表现出可逆的层内铁电切换，导致双层MX中的铁电（40 $μ$ C/cm $^2$电极化的强度）和反铁电状态之间的可逆转变。我们的研究结果表明，层间范德华相互作用，这通常被认为是弱的，实际上可以产生一个面内晶格畸变，从而导致断裂/形成层内共价键的顶层，导致观察到的摩擦铁电现象。这种独特的性质具有几个优点，用于现有的压电和摩擦电纳米发电机的能量收集。层间滑动引起的极化变化高达40 $μ$ C/cm $^2$，这可以产生比基于MoS $_2$的纳米发电机高两个数量级的开路电压。极化变化发生在一段时间内，层间滑动超过一个单元电池的长度，导致一个小的极化变化率，从而导致一个小的短路电流。理论预测的摩擦-铁电双层MX在中等滑动速度1 m/s下的功率输出比MoS $_2$纳米发电机高4个数量级，表明在能量收集应用中具有巨大的潜力。
2021-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Load-Dependent Sliding behavior of WSe2-x solid lubricant coating
本文对比研究了磁控溅射沉积的亚化学计量二硒化钨与二硫化钼涂层的宏观及纳米摩擦学性能，发现二硒化钨在潮湿空气中摩擦更低且对湿度敏感性更低，并证实表面摩擦加热是导致摩擦载荷依赖性的关键因素。
2025-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Sliding friction and superlubricity of colloidal AFM probes coated by tribo-induced graphitic transfer layers
本研究利用胶体探针AFM探索石墨表面的滑动摩擦与超润滑现象，发现摩擦诱导的转移层使系统转变为低摩擦状态，其载荷驱动的粘滑到超润滑转变可由Prandtl-Tomlinson模型描述，且耗散随基底原子起伏增加而增大。
2024-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Solid-phase silicon homoepitaxy via shear-induced amorphization and recrystallization
用于晶体硅纳米膜和纳米结构的局部生长的外延技术的发展对于电子学和光子学的最新进展至关重要。然而，晶体生长位置的精确定义需要用于衬底图案化的精细的预外延工艺。我们的分子动力学模拟表明，同质外延硅纳米薄膜可以直接沉积的晶体硅尖摩擦对衬底，从而使几何控制的晶体生长，而不需要衬底预图案化。我们将这种固相外延生长命名为摩擦外延，因为它仅依赖于即使在两个硅晶体之间的滑动界面处的低温下也会发生的剪切诱导的非晶化和再结晶。两个相伴的，剪切诱导的过程之间的相互作用是负责形成一个非晶滑动界面与恒定的纳米厚度。如果两个弹性各向异性晶体沿着不同的晶体学取向滑动，则非晶层可以垂直于滑动平面单向移动，导致每个原子具有最低弹性能量的晶体以另一个晶体为代价生长。由于摩擦外延生长是由两个晶体沿滑动方向的剪切弹性响应，它可以实现为机械扫描探针光刻法，其中外延生长是通过调整尖端和衬底之间的晶体取向差，尖端的大小或法向力控制。这些结果提出了一种全新的方式来构思基于摩擦诱导材料转化的纳米纤维技术。
2021-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Comparative analysis of the lubrication performance of functionalized copolymers interacting with silicon, cobalt, and silver doped diamond-like carbon
本研究对比了硅、钴、银掺杂类金刚石碳在胺功能化共聚物润滑下的摩擦学性能，结合实验与第一性原理计算揭示掺杂剂与共聚物的相互作用强度决定摩擦膜形成效果，为低摩擦表面设计提供依据。
2025-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Direct microscopic evidence of shear induced graphitization of ultrananocrystalline diamond films
超纳米金刚石薄膜具有超低摩擦和高耐磨性的原因至今仍存在争议，因为在滑动界面处存在着复杂的摩擦化学。在这里，我们报告的表面形貌和摩擦膜的纳米级摩擦的比较研究，在两组具有不同结构特征的UNCD膜的磨损痕迹。尽管这两种膜显示超低的摩擦系数，在Ar气氛下生长的UNCD膜（UNCDAr）表现出高的耐磨性，而在N2中生长的膜（UNCDN）的磨损率更高。摩擦力显微镜（FFM）的调查清楚地揭示了这两种薄膜的剪切诱导石墨化的表现。然而，UNCDAr膜的磨损痕迹在无定形碳摩擦膜上具有几层石墨烯（FLG）结构的大网络，而UNCDN膜的磨损痕迹中仅存在孤立的FLG结构簇。在这里，我们展示了直接的微观/纳米证据的形成大网络的~ 0.8 - 6 nm厚的FLG结构，作为剪切诱导石墨化的结果，并讨论其在超低摩擦和磨损的决定性作用。
2021-06-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Experimental evaluation of a silicone oil as an oxidation inhibitor for magnesium alloy under contact sliding at elevated temperatures
在销-盘结构下，研究了硅油对AZ 31 B/86 CrMoV 7接触副摩擦学性能的影响。使用市售硅油作为AZ 31 B在高温至300 ℃下的氧化抑制剂。通过磨损表面的SEM形貌分析，探讨了接触副的磨损机理。分析表明，硅油可以有效地减少表面氧化。与干摩擦相比，硅油可显著降低摩擦系数和比磨损率。在润滑条件下，低温下的磨粒磨损随着温度的升高会转变为磨损、疲劳和粘着的复合磨损。
2022-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Polishing of {100} and {111} single crystal diamond through the use of Chemical Mechanical Polishing
金刚石是最硬和最难抛光的材料之一。在本文中，抛光的{111}和{100}单晶金刚石表面的标准化学机械抛光，在硅工业中使用，是证明。使用具有Logitech SF 1 Syton和聚氨酯/聚酯抛光垫的Logitech Tribo化学机械抛光系统。观察到{100}和{111}样品的粗糙度分别从0.92 nm均方根（RMS）降低至0.23 nm和从0.31 nm RMS降低至0.09 nm。
2014-02-14 cond-mat.mtrl-sci
Strength-dependent Transition of Graphite Under Shock Condition Resolved by First Principles
本研究通过第一性原理DFT训练的GNN模型，揭示了冲击强度决定石墨向六方或立方金刚石转变的机制，阐明了强度依赖的转变趋势。
2023-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Frictional Duality Observed during Nanoparticle Sliding
摩擦学中最基本的问题之一涉及纳米尺度下摩擦的面积依赖性。在这里，实验中提出的纳米颗粒的摩擦阻力是通过推动他们与原子力显微镜的尖端测量。我们发现了两种共存的摩擦状态：当一些粒子显示出有限摩擦力随界面面积线性增加到310，000nm^2时，另一些粒子呈现出无摩擦滑动的状态。结果进一步表明，表面污染程度与这种双重性的发生之间存在联系。
2008-09-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Computer Simulations of Friction, Lubrication and Wear
综述了摩擦学的计算机模拟。本章首先简要概述了模拟技术和摩擦学过程模拟的特殊要求。然后，简单的一维模型之间的摩擦晶体表面介绍，以说明摩擦的一般特征，如亚稳性的重要性和可擦性的影响。接下来的二维和三维研究的干滑动晶体表面之间的描述，并进行比较，扫描探针实验和测量吸附单分子层上的摩擦。然后讨论润滑，从厚膜开始，并描述在体流体动力学的故障作为润滑剂的厚度减少到分子尺度。从通常的无滑移边界条件的偏差进行量化，并在分子厚膜的固体行为的发病进行了描述。探讨了不定碳薄层的固化是造成静摩擦的原因的可能性。最后一节描述粘滑运动，摩擦化学反应，加工，和微观结构在滑动接触的演变。
2000-01-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Effect of crystallinity on the frictional and wear performance of molybdenum disulfide: A molecular dynamics study
本研究利用反应分子动力学模拟探究结晶度对二硫化钼摩擦和磨损性能的影响，发现结晶态MoS2因保持平坦滑动表面和摩擦各向异性而表现出超润滑性，为设计低摩擦和耐磨固体润滑剂提供了原子尺度见解。
2025-05-31 cond-mat.mtrl-sci
Understanding and formalization of the fretting-wear behavior of a cobalt-based alloy at high temperature
本研究的目的是探讨在高温下钴基界面的磨损机制。所研究的接触是钴基合金对氧化铝样品进行微动磨损。在高温下，在界面处自发产生保护性的第三体，并呈现出优异的摩擦学性能。所谓的“釉层”的形成导致没有磨损。本研究对高温摩擦膜的微观结构、化学性质和力学性能进行了全面的描述。釉层状态主要与阈值温度有关，在该阈值温度以上，通过摩擦烧结工艺形成薄的富钴层。提出了一种形式化的摩擦烧结过程来预测所需的微动循环次数N GL，以形成釉层。摩擦烧结工艺通过连续地将磨损碎片颗粒重新结合到釉层中来防止磨损碎片喷射。从宏观角度看，磨屑的重新结合可能是磨损界面不存在磨损的原因。最后，本文提出了一个扩展的摩擦能磨损的方法，考虑到摩擦氧化和摩擦烧结的考虑。该配方是能够预测磨损的摩擦学参数（温度，频率，滑动振幅，循环次数）的大范围内，当应用到钴基/氧化铝接触。
2021-01-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Chemical mechanical polishing of thin film diamond
纳米金刚石（NCD）可以保持单晶金刚石孪晶的优良杨氏模量（1，100 GPa）并具有在低温（<450 °C）下生长的能力的证明已经推动了NCD薄膜的生长和应用的复兴。然而，由于晶体的竞争生长，所得薄膜的粗糙度会随着薄膜厚度的变化而变化，从而阻碍了NCD薄膜在需要光滑薄膜的设备中充分发挥其潜力。为了减小这种粗糙度，已经使用化学机械抛光（CMP）对膜进行抛光。配备有聚氨酯/聚酯抛光布和碱性胶态二氧化硅抛光液的Logitech Tribo CMP工具已用于抛光NCD膜。用原子力显微镜、扫描电子显微镜和X-射线光电子能谱学对所得薄膜进行了表征。在25 μm $^2$上，均方根粗糙度值已从18.3 nm降至1.7 nm，在~ 0.25 μm $^2$上，粗糙度值低至0.42 nm。提出了表面湿氧化、二氧化硅颗粒附着和随后的碳剪切掉的抛光机理。
2013-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Role of Characteristic Length Scale in Interface Graphitization-Induced Wear Resistance of Diamond and Amorphous Carbon
Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Chinese Academy of Sciences（中国科学院宁波材料技术与工程研究所）
通过分子动力学模拟和机器学习势，揭示了金刚石和非晶碳界面石墨化的特征长度尺度差异（30-45 Å vs 8-12 Å）如何决定宏观磨损率，并提出保护特定晶面（如(111)密排面）以调控摩擦诱导石墨化的策略。
2026-06-02 cond-mat.mtrl-sci
The contribution of plastic sink-in to the static friction of single asperity microscopic contacts
我们报告的微尺度摩擦实验金刚石/金属和金刚石/二氧化硅接触千兆帕斯卡的接触压力下。使用一种新的纳米探针技术，它具有足够的力和刚度的动态范围，我们证明了从纯粹的界面滑动在纳米尺度的情况下，至少有一个滑动体经历一些塑性形变的过渡所涉及的过程。对于微米级金刚石球形尖端在金属基底上的滑动，由切向牵引引起的基底的额外局部塑性屈服导致尖端沉入表面，增加了在加载方向上的接触面积，并导致在犁削期间高于动力学的静摩擦系数。这种下沉在熔融石英中基本上不存在，并且没有观察到摩擦下降，通常摩擦较低。从静摩擦范围内的下沉到滑动摩擦范围内的犁削的过渡由接触界面的失效介导，其由能量耗散的急剧增加指示。在较低的接触压力下，扫描探针或表面力装置实验的弹性界面滑动行为特征被恢复，弥合了纳米摩擦学和塑性主导的宏观摩擦之间的差距。我们描绘的材料和几何因素，决定过渡。我们还发现，一些意想不到的光投射在静态和动态摩擦之间的差异的起源。
2021-06-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Minimal graphene thickness for wear protection of diamond
我们通过分子动力学模拟表明，石墨烯是一种优良的金刚石涂层。通过在金刚石板之间设置至少两个石墨烯层，可以防止金刚石在压力下滑动时转变为无定形碳，从而使这种材料组合适用于新涂层以及微机电和纳米机电设备。金刚石表面上的晶界、空位和吸附原子不会改变这种情况，而石墨烯层之间的反应性吸附物可能具有不利影响。我们的研究结果可以解释的层状材料的性质，其中弱层间键合的压力下演变成一个强大的层间排斥。
2014-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanical and Surface Characterization of Diamond-Like Carbon Coatings onto Polymeric Substrate
在这篇硕士论文中，类金刚石碳DLC/Cr双层系统，厚度高达1278 nm的ABS，玻璃和Si基板上形成。采用氧等离子体清洗工艺对基片表面进行处理。采用磁控溅射法制备了作为缓冲层的铬薄膜。以甲烷和氢气为反应物，采用脉冲直流等离子体增强化学气相沉积法制备了类金刚石碳。采用Plackett-Burman实验设计，研究了沉积工艺参数对涂层厚度、沉积速率、内应力、接触角、粗糙度、摩擦系数和磨损率的影响。独立变量是功率、腔室压力、沉积时间、气体的总通量、反应物气体的组成和氧等离子体清洁条件。报道的内在应力值在0.13-0.78 GPa之间。通过研磨具有限定几何形状的帽罩来进行耐磨性测量。在1 E-14至1 E-15 m^3/Nm范围内实现了低磨损率。在不同的相对湿度，范围为20至80%的氮气环境下，所获得的涂层的摩擦，使用具有碳化钨球的纳米摩擦计测量。结果表明，摩擦系数随相对湿度的增大而增大。报告了摩擦系数为0.12至0.24的值。. DLC涂层的主要目的是改善ABS的耐磨性和摩擦学行为，以提高其在汽车、医疗、家用和纺织等应用中的耐用性。
2015-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Superlubric-Locked Transition of Twist Grain Boundaries in 3D Crystals
本文模拟了三维晶体扭转晶界在滑动和载荷下的摩擦学特性，发现载荷引发Aubry型一阶结构相变，导致超滑向锁定转变并伴随巨大摩擦跃升与塑性流动，该现象具有普适性。
2025-01-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Influence of tip materials on the friction force microscopy of epitaxial graphene on SiC(0001): comparison of diamond and silicon tips in experiments and atomistic simulations
本研究结合FFM实验与原子模拟，比较金刚石和硅针尖作用于SiC(0001)外延石墨烯的摩擦转变，揭示针尖材料、压力、温度和速度对界面成键及剪切应力的影响。
2025-03-14 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Structural reorientation and compaction of porous MoS2 coatings during wear testing
工业升级经常导致与文献中提出的实验室原型不同的涂层微观结构。在这里，我们研究了物理气相沉积（PVD）MoS2涂层的磨损行为：致密的纳米晶MoS2涂层和多孔的棱柱形织构MoS2涂层。磨损试验前后的透射电子显微镜（TEM）研究表明，两个样品中均出现了朝向基底织构的晶体学重新取向。由于其低摩擦性能，基底纹理通常是理想的。这种有利的重新取向与多孔试样的摩擦学压实有关。在磨合之后，在高接触压力下的滑动最终导致与通过化学气相沉积（CVD）生长的理想生长块状MoS2单晶一样小的磨损率。这表明工业级MoS2涂层的缺陷可以通过合适的预处理来补救。
2022-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Granite sliding on granite: friction, wear rates, surface topography, and the scale-dependence of rate-state effects
Saarland University（萨尔兰大学）；Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院兰州化学物理研究所）；Peter Grünberg Institute (PGI-1), Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心彼得·格林贝格研究所（PGI-1））；MultiscaleConsulting（多尺度咨询公司）
研究发现花岗岩滑动摩擦主要由冷焊主导，而非颗粒磨损，且摩擦与磨损对温度和水的依赖性低，分子动力学模拟验证了摩擦机制和高温下的界面剪切强度变化。
2026-02-05 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.geo-ph
